了解LiPo充电/保护电路

电器工程 电池充电
2022-01-27 15:34:37

我正在学习设计 PCB 和了解电子设计。对于一个项目,我需要为 3.7V 锂聚合物电池充电。我还想保护它免受过度充电/过度放电。

我一直在试验使用 TP4056 与 DW01 电池保护 IC 和 FS8205A 双 N 沟道 MOSFET 的电路板。

数据表可在此处获得:

预先构建的模块非常便宜 - 这是AliExpress上的一个示例:

基于TP4056 + DW01 + FS8205A的电池充电器模块图片

他们似乎工作,但我想知道电路在我使用它之前实际上在做什么:)

我只找到了一个结合了这三个组件的示意图:

原理图,示意图

我很难弄清楚这个电路是否正确。如果我理解正确的话,双 N 沟道 MOSFET 基本上是一个封装中的 2 个开关。这两个 MOSFET 由 DW01 的引脚 1 和 3 触发,描述为:

  • DW01 引脚 1:用于放电控制的 MOSFET 栅极连接引脚
  • DW01 引脚 3:充电控制用 MOSFET 栅极连接引脚

所以基本上 FS8205A 中的两个 MOSFET 正在关闭流向 B-,当 DW01 告诉他们这样做时。

我知道当过放电控制启动时这会起作用,没有电力从 B- 流向 OUT-

但是我不明白,这将如何与过充电保护一起工作?启动时,充电器不应向电池供电,但是,连接到 OUT+ 和 OUT- 的设备仍应能够工作,但 B- 似乎无法到达 OUT-

2个回答

保护电路通常不同于充电电路。许多电池组的设计目的是由控制充电过程的专用单元充电。

充电过程可能会涉及到电芯平衡,如果pack中包含大量串联电芯,一般4+电芯串联(4S,14.4V)标称需要平衡,3S及以下为了健康平衡也是个好主意和电池寿命,但不一定需要。平衡电路可能会变得复杂,通常涉及由专用 IC 和多个外部 MOSFET 组成的 BMS(电池管理系统),github 上有一个项目旨在创建一个openBMS 系统如果您正在寻找更多信息,这可能是一个很好的资源。

锂离子电池的充电周期可能相当复杂,尤其是在多个电池串联的情况下,但通常涉及 4 个基本步骤:

  • 读取电压,如果低于某个值(锂基电池通常为 2.8V 左右),则开始涓流充电,直到电池达到安全充电水平,这样做可以避免损坏电池。
  • 恒流充电:电芯恒流充电,正常充电一般为0.5C-1C,如1000mAh电池,500mA-1000mA之间充电。
  • 恒压充电:一旦电池达到某个点(通常约为总电量的 60%(3.8V 左右)开始以目标最终电压(4.2V 为正常 1000 次充电循环的预期寿命)充电),您可以更高,它会给你更多的电池寿命,但它会减少电池的寿命。
  • 维护充电:电池在每月 21°C 下的自然放电率在 8% 左右,当电池电量低于满电量的 10% 时,使用恒压充电将其充电至目标电压。这可以根据应用程序进行配置。

注意:有些 IC 可以为您处理其中的大部分,否则您将需要求助于设计带有外部升压/降压转换器或线性稳压器的 MCU 控制电路。

保护电路 (PCM) 相当简单,通常直接集成到单个电池中,这些电池通常标记为:受保护或不受保护。PCM 将监控以下内容:输入电压、输出电流、电池电压、温度等。它们通常不是那么强大,应该被视为关键系统中的最后手段。如果 PCM 被触发,警报应该会响起。

要回答您的具体问题:DW01 经过优化以在过充的情况下支持充电器,因此充电器将保持连接到电路,提供必要的电压,而电池断开连接,TP4046 看起来它旨在处理高达8V,作为线性充电器,它将以热量的形式消散多余的电压。这些 IC 通常具有热保护功能,并会在电流或电压过大的情况下自动关闭。如果出现过充,则说明电路可能已损坏,因此最好在这种情况下尝试断开电池,因为这会带来很大的安全风险。

另外,请记住,mosfet 包含内部二极管,因此即使关闭充电保护 mosfet,只要 mosfet 漏极侧的电压低于某个电压,电池仍会连接到电路。

通常,初始恒定电流会电离电池化学物质,而电压循环会增加电势。如果充电器没有足够的电流,电压循环可能会发现更大的电阻,因此试图推动比电池需要的电压更高的电压,这会造成麻烦。充电器应该有足够的电流用于 LiPos 的初始化学循环。